DE10308328A1 - Process for producing an exposed substrate - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines belichteten Substrats, das wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist. Das Substrat wird hierbei mit wenigstens zwei Photoresistschichten versehen, die an die Art der herzustellenden Bildbereiche angepasst sind.Method for producing an exposed substrate which has at least two different image areas. In this case, the substrate is provided with at least two photoresist layers which are adapted to the type of the image areas to be produced.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines belichteten Substrats, das wenigstens zwei Bildbereiche aufweist.The invention relates to a method for producing an exposed substrate which has at least two Has image areas.
Zur Absicherung von Sicherheitsdokumenten,
wie Banknoten, Ausweiskarten oder dergleichen, werden häufig optisch
variable Elemente angewandt, die aus Beugungsgittern aufgebaut sind.
Solche Elemente werden im Folgenden als Gitterbilder bezeichnet.
Dabei kann es sich um Gitterbilder handeln, bei denen die erste
und höhere
Beugungsanordnung für die
Betrachtung ausgenutzt wird, wie z.B. bei Hologrammen oder bei solchen
Gitterbildern, die aus Gitterflächen
zusammengesetzt sind. Alternativ werden auch Gitterbilder verwendet,
bei denen die nullte Beugungsordnung ausgenutzt wird, wie beispielsweise
in
Die Erste-Ordnung-Gitterbilder und die Nullte-Ordnung-Gitterbilder unterscheiden sich im Wesentlichen dadurch, dass bei den erstgenannten die Gitterkonstante größer als die Lichtwellenlänge sein muss, während bei letzteren die Gitterkonstante vorzugsweise kleiner als die Wellenlänge gewählt wird, insbesondere wenn man die reine Nullte-Ordnung beobachten will. Während bei Erste-Ordnung-Gitterbildern die Gitterkonstante für die Farbvariabilität entscheidend ist und die Gitterlinienstruktur eine untergeordnete Rolle spielt, ist es bei den Nullte-Ordnung-Gitterbildern genau umgekehrt.The first-order grid pictures and the zero-order grid images differ essentially in that the lattice constant is greater than the light wavelength must be while in the latter the grating constant is preferably chosen to be smaller than the wavelength, in particular if you want to observe the pure zero order. While at First-order lattice images make the lattice constant crucial for color variability and the grid line structure plays a subordinate role, the reverse is true for the zero-order grid images.
Die als Sicherheitselemente verwendeten Beugungsstrukturen werden meist als Prägehologramme hergestellt. Hierfür wird eine auf ein Substrat aufgebrachte Photoresistschicht mit Laserlicht oder mit Elektronenstrahlen belichtet. Als Photoresist werden strahlungsempfindliche, filmbildende Materialien, z.B. Fotolacke, bezeichnet, deren Löslichkeitsverhalten sich durch Belichtung oder Bestrahlung ändert. Man unterscheidet positiv und negativ arbei tende Photoresists. Erstere werden durch photochemischen Abbau oder Umwandlung von funktionellen Gruppen unter Bestrahlung leicht löslich, wohingegen letztere durch Vernetzung oder Photopolymerisation schwer löslich bis unlöslich werden.The diffraction structures used as security elements are mostly used as embossed holograms manufactured. Therefor becomes a photoresist layer on a substrate with laser light or exposed to electron beams. Radiation-sensitive, film-forming materials, e.g. Photoresists, referred to, their solubility behavior changes due to exposure or radiation. One differentiates positively and negative working photoresists. The former are identified by photochemical Degradation or transformation of functional groups under radiation easily soluble, whereas the latter is difficult due to crosslinking or photopolymerization soluble until insoluble become.
Nach dem Entwickeln der Photoresistschicht entsteht eine Berge und Täler aufweisende Struktur, die auf galvanischem Wege abgeformt werden kann. Bei Erste-Ordnung-Gitterbildern ist die Profilstruktur vorzugsweise sinusförmig, bei Nullte-Ordnung-Gitterbildern kasten- oder trapezförmig. Die abgeformte Struktur kann dann vervielfältigt und zur Herstellung von Prägestempeln verwendet werden.After developing the photoresist layer arises a mountains and valleys showing structure, which are molded by electroplating can. The profile structure is preferred for first-order grid images sinusoidal, with zero-order grid images box-shaped or trapezoidal. The replicated structure can then be reproduced and used to manufacture dies be used.
Bekannt sind auch Gitterbilder, bei denen mehrere Belichtungsschritte miteinander kombiniert werden müssen. Dazu sind im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt.Grid images are also known at which combine several exposure steps have to. Two methods are known for this.
In einem ersten Verfahren werden Teilbereiche einer Photoresistschicht mithilfe von Masken abgedeckt und zunächst die unmaskierten Teilbereiche der Photoresistschicht z.B. mit Laserlicht einer ersten Wellenlänge zur Erzeugung einer Beugungsstruktur belichtet. In weiteren Verfahrensschritten werden die bereits belichteten Teile der Photoresistschicht abgedeckt und die nunmehr von den Masken befreiten Bildteile z.B. mit Laserlicht anderer Wellenlängen zur Erzeugung von weiteren Beugungsstrukturen belichtet.In a first procedure Partial areas of a photoresist layer covered with masks and first the unmasked sections of the photoresist layer e.g. with laser light a first wavelength exposed to produce a diffraction structure. In further procedural steps the already exposed parts of the photoresist layer are covered and the parts of the image now freed from the masks e.g. with laser light other wavelengths exposed to produce further diffraction structures.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es nicht angewendet werden kann, falls in einem Gitterbild unterschiedliche Resistschichtdicken gefragt sind, z.B. beim Zusammensetzen von Nullte-Ordnung-Gitterbildern.This method has the disadvantage that it cannot be applied if in a grid image different resist layer thicknesses are required, e.g. when assembling of zero-order grid images.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird dieses Problem umgangen, indem mehrere Prägestempel auf galvanischem Wege von unabhängig voneinander belichteten Photoresistschichten hergestellt werden. Jeder Prägestempel enthält nur einen Teilbereich des Gesamtbilds. Um das Gesamtbild zu erhalten, werden die Prägestempel nebeneinander in thermoplastisches Material geprägt. Störend sind bei diesem Verfahren jedoch die beim Nebeneinanderprägen auftretenden Nahtstellen.In another known method circumvented this problem by using multiple dies on galvanic Ways of independently exposed photoresist layers are produced. Any stamp contains only a part of the overall picture. To get the big picture become the dies coexisted in thermoplastic material. This method is disruptive however, that of side by side embossing occurring seams.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Belichtung mit unterschiedlichen Strahlungstypen einfach zu bewerkstelligen ist und bei dem gegebenenfalls auch die Schichtdicke in unterschiedlichen Bereichen der Belichtung angepasst werden kann.Based on this state of the art the invention has for its object to provide a method with which exposure to different types of radiation is easy is to be accomplished and, where appropriate, also the layer thickness can be adjusted in different areas of exposure.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhänigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.This task is accomplished through a process with the characteristics of independent Expectations solved. In depend on it claims Advantageous refinements and developments of the invention are specified.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche aufweist, werden wenigstens zwei Photoresistschichten verwendet, die an die Art der herzustellenden Bildbereiche angepasst sind. Dies hat den Vorteil, dass jeder Bildbereich unter optimalen Bedingungen hergestellt werden kann und damit optimalen optischen Effekt zeigt.According to the inventive method for Production of a resist master that has at least two different ones Has image areas, at least two photoresist layers used, adapted to the type of image areas to be produced are. This has the advantage that each image area is under optimal Conditions can be established and thus optimal optical Effect shows.
Der Begriff „Photoresist" bezeichnet im Sinne der Erfindung ein strahlungsempfindliches Material, dessen chemische Eigenschaften, insbesondere dessen Löslichkeitsverhalten, sich durch Einwirkung von Licht- oder Teilchenstrahlung ändert.The term "photoresist" means in the sense the invention a radiation-sensitive material, the chemical Properties, especially its solubility behavior, through Exposure to light or particle radiation changes.
Als „Positiv-Resist" werden Photoresistmaterialien bezeichnet, die durch photochemischen Abbau oder Umwandlung von funktionellen Gruppen leicht löslich werden. Das heißt, die belichteten Partien werden bei der Weiterbehandlung weggelöst, die unbelichteten Partien dagegen bleiben stehen.Photoresist materials are called "positive resist" referred to by photochemical degradation or conversion of functional groups easily soluble become. This means, the exposed areas are removed during further processing, the unexposed areas However, games remain.
Als „Negativ-Resist" werden Photoresistmaterialien bezeichnet, die durch Vernetzung oder Photopolymerisation schwer löslich bis unlöslich werden. Das heißt, die unbelichteten Partien werden bei der Weiterbehandlung weggelöst, während die belichteten Partien stehen bleiben.Photoresist materials are used as "negative resist" referred to that difficult through crosslinking or photopolymerization soluble until insoluble become. This means, the unexposed areas are removed during further processing, while the exposed areas remain.
Der Begriff „Gitterbild" ist nicht auf Gitterlinienbilder beschränkt, sondern umfasst jegliche Ausgestaltung von Beugungsstrukturen. Lediglich wenn dieser Begriff im Gegensatz zu einem echten Hologramm benutzt wird, ist der Begriff im engeren Sinne zu verstehen.The term "grid image" is not used on grid line images limited, but includes any design of diffraction structures. Only if this term is used in contrast to a real hologram the term is to be understood in the narrower sense.
Unter „Substrat" ist jegliches Trägermaterial zu verstehen, auf welches Photoresistschichten für einen Belichtungsvorgang aufgebracht werden können. Häufig werden hierfür Glasplatten verwendet, die unter Umständen schwarz eingefärbt oder beschichtet sind. Es können allerdings auch bereits galvanisch abgeformte Nickelshims verwendet werden, die bereits mit einem beliebigen Gitterbild versehen sind. Auf dieses wird eine weitere Photoresistschicht aufgebracht und entsprechend dem verwendeten Photoresist mit einem zweiten Gitterbild belichtet und bearbeitet. Darüber hinaus kommen als Substrat Kunststoff- oder Metallfolien in Betracht, die bereits mit einem Gitterbild, vorzugsweise in Form einer Prägung, versehen sind.“Substrate” means any carrier material on what photoresist layers for one Exposure process can be applied. Glass plates are often used for this used under certain circumstances colored black or coated. It can however, already electroplated nickel shims are used that are already provided with any grid image. A further layer of photoresist is applied to this and with a second grid image corresponding to the photoresist used exposed and processed. About that plastic or metal foils are also suitable as substrates, which are already provided with a grid image, preferably in the form of an embossing are.
Als „Resistmaster" wird das nach der Erfindung hergestellte Substrat bezeichnet, das wenigstens eine belichtete und entwickelte Photoresistschicht aufweist. Der Resistmaster kann in weiteren Verfahrensschritten galvanisch abgeformt und zu so genannten Prägeshims weiterverarbeitet werden.As "Resistmaster" it will be after the Invented substrate referred to, the at least one has exposed and developed photoresist layer. The resist master can be electroplated in further process steps and so-called embossed shims be processed further.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden für die Herstellung eines Resistmasters, der wenigstens zwei unterschiedliche Bildbereiche, wie ein echtes Hologramm und ein Gitterbild, aufweist, wenigstens zwei Photoresistschichten verwendet, die an die jeweilige zu verwendende Strahlungsart optimal angepasst sind. Für eine holographische Belichtung wird üblicherweise Laserstrahlung verwendet, für die Gittererzeugung dagegen häufig Elektronenstrahl. Mithilfe der Erfindung können somit derartige unterschiedliche Herstellungsvarianten auf einem Substrat miteinander kombiniert werden.According to a first embodiment of the invention for the production of a resist master that has at least two different ones Has image areas, such as a real hologram and a grid image, used at least two layers of photoresist attached to the respective radiation type to be used are optimally adapted. For a holographic Exposure is common Laser radiation used for the lattice generation, however, often Electron beam. With the aid of the invention, it is thus possible to achieve such different Manufacturing variants combined on a substrate become.
Ein weiteres Auswahlkriterium für die Photoresistschichten in den unterschiedlichen Bildbereichen kann das zu erzeugende Profil der Reliefstruktur sein. Nullte-Ordnung-Gitterbilder benötigen möglichst steile Flanken, während für Erste-Ordnung-Gitterbilder flache Flankenwinkel bevorzugt werden. Insbesondere werden sinusförmige Profile angestrebt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher auch Nullte-Ordnung-Gitterbilder mit beliebigen Erste-Ordnung-Gitterbildern auf einem Substrat kombiniert werden.Another selection criterion for the photoresist layers The profile to be generated can be found in the different image areas the relief structure. Zero-order grid images need as much as possible steep flanks while for first-order grid images flat flank angles are preferred. In particular, sinusoidal profiles sought. With the method according to the invention can therefore also zero-order grids with any first-order grids can be combined on a substrate.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es aber auch, die unterschiedlichen Bildbereiche mit unterschiedlichen Nullte-Ordnung-Gitterbildern zu versehen. Bei dieser Art von Gitterbildern entsteht die Farbvariabilität allein durch die destruktive Interferenz der an den Oberflächen des Photoresists reflektierten Strahlung. Der wesentliche Parameter ist daher die Profiltiefe der Reliefstruktur, wobei die Profiltiefe nur von der Schichtdicke des Photoresists abhängt. Diese kann sehr genau eingestellt werden und liegt vor zugsweise im Bereich von ca. 50 bis 200 nm. Demnach kann das Substrat auch mit wenigstens zwei Photoresistschichten versehen sein, die aus dem gleichen Photoresistmaterial bestehen, aber unterschiedliche Dicke aufweisen.The method according to the invention makes it possible but also, the different image areas with different To provide zero-order grid images. With this kind of grid images the color variability arises solely by the destructive interference of those on the surfaces of the Photoresists reflected radiation. The main parameter is therefore the profile depth of the relief structure, with the profile depth only depends on the layer thickness of the photoresist. This can be very accurate can be set and is preferably in the range of about 50 up to 200 nm. Accordingly, the substrate can also have at least two photoresist layers be provided, which consist of the same photoresist material, but have different thickness.
Die erfindungsgemäßen Photoresistschichten können bereits vor dem ersten Belichtungsschritt auf dem Trägermaterial angeordnet sein. Vorzugsweise werden sie hierbei übereinander aufgebracht, gegebenenfalls mit Schutzschichten dazwischen.The photoresist layers according to the invention can already be arranged on the carrier material before the first exposure step. They are preferably one above the other applied, if necessary with protective layers in between.
Die oberste Schicht ist für die Erzeugung eines ersten Bildbereichs optimiert, z.B. hinsichtlich eines ersten Strahlungstyps, die nächste Schicht dagegen für die Erzeugung eines zweiten Bildbereichs, z.B. hinsichtlich der Schichtdicke oder eines anderen Strahlungstyps usw. Zwischen den Resistschichten befinden sich gegebenenfalls „Stoppschichten", die gewährleisten, dass die Schichten nur mit der richtigen Strahlung belichtet werden.The top layer is for generation of a first image area, e.g. regarding a first Radiation type, the next Layer on the other hand for creating a second image area, e.g. with regard to the Layer thickness or another type of radiation etc. Between the Resist layers may be "stop layers" that ensure that the layers are only exposed to the right radiation.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine für optische holographische Belichtung geeignete Positiv-Resistschicht über einer für Elektronenstrahlbelichtung geeigneten Positiv-Resistschicht aufgebracht, welche für optische Strahlungseinwirkung unempfindlich ist.In a preferred embodiment will be one for optical holographic exposure suitable positive resist layer over a for electron beam exposure suitable positive resist layer applied, which for optical Radiation is insensitive.
Diese Schichtfolge wird zunächst in
den gewünschten
Partien optisch, z.B. mit einem Hologramm belichtet. Diese Belichtung
wirkt nur in der oberen Schicht, nicht in der darunter liegenden
optisch unempfindlichen Schicht. Die anderen Partien werden vollflächig optisch
belichtet, sowie zusätzlich mit
einem gewünschten
Elektronenstrahl-Gitterbild, wie z.B. in
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die einzelnen Photoresistschichten erst in einer geeigneten Phase des Herstellungsprozesses auf das Substrat aufgebracht und mit dem entsprechenden Gitterbild belichtet.According to a further embodiment according to the invention the individual photoresist layers are only in a suitable Phase of the manufacturing process applied to the substrate and exposed with the corresponding grid image.
So kann auf das Substrat zunächst eine erste Photoresistschicht aufgebracht, belichtet und entwickelt werden. Diese erste Photoresistschicht ist in ihrer Beschaffenheit auf den beim Belichten verwendeten Strahlungstyp angepasst bzw. in ihrer Schichtdicke für ein bestimmtes Bildgebungsverfahren optimiert . In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine zweite Photoresistschicht auf das Substrat und die darauf verbliebene erste Photoresistschicht aufgebracht, erneut belichtet und entwickelt. Da die zweite Photoresistschicht unabhängig von der ersten Photoresistschicht ausgewählt werden kann, lässt sich für die zweite Photoresistschicht ein Material verwenden, das für einen zweiten Strahlungstyp optimal bzw. in seiner Schichtdicke für ein bestimmtes Bildgebungsverfahren optimiert ist. Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet es daher, unterschiedliche nebeneinander liegende, unter Umständen nahtlos aneinander grenzende Bildbereiche zu erzeugen, wobei durch die Verwendung mehrerer besonders angepasster Photoresistmaterialien alle Bildbereiche eine optimale Qualität bzw. Schichtdicke besitzen.In this way, a first layer of photoresist can first be applied, exposed and developed on the substrate. The quality of this first photoresist layer is adapted to the type of radiation used in the exposure or its layer thickness is optimized for a specific imaging method. In a further process step, a second photoresist layer is applied to the substrate and the first photoresist layer remaining thereon, exposed again and developed. Since the second photoresist layer can be selected independently of the first photoresist layer, a material can be used for the second photoresist layer that is optimal for a second radiation type or in its layer thickness for a specific image is optimized. The method according to the invention therefore makes it possible to produce different image areas lying next to one another, which may be seamlessly adjacent to one another, all image areas having an optimal quality or layer thickness due to the use of several specially adapted photoresist materials.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem ersten Verfahrensabschnitt eine Negativ-Resistschicht auf das Substrat aufgebracht und die gewünschten Bildbereiche werden belichtet. Das Substrat wird anschließend entwickelt, wobei die nicht belichteten Bereiche des Negativ-Resists vom Substrat entfernt werden. In einem weiteren Verfahrensabschnitt wird anschließend eine zweite Negativ-Resistschicht auf das Substrat aufgebracht und zweite Bildbereiche werden belichtet.In a preferred embodiment becomes a negative resist layer in a first process step applied to the substrate and the desired image areas exposed. The substrate is then developed, which is not exposed areas of the negative resist are removed from the substrate. In a further process step, a second negative resist layer applied to the substrate and second Image areas are exposed.
Die bereits im ersten Verfahrensabschnitt in die erste Negativ-Resistschicht belichteten Bereiche werden im zweiten Verfahrensabschnitt nicht weiter belichtet. Durch das Entwickeln der zweiten Resistschicht werden schließlich die durch das zweite Resistmaterial zugeschütteten Bereiche der ersten Resistschicht wieder freigelegt. Im Ergebnis entsteht ein Substrat mit zwei nebeneinander angeordneten Photoresistschichten in Form von Bergen und Tälern, im Folgenden „Reliefstruktur" genannt. Die Reliefstrukturen in der ersten und zweiten Photoresistschicht sind dabei auf gleicher Höhe ausgebildet und gehen je nach Ausgestaltung des belichteten Musters auch nahtlos ineinander über.That already in the first stage of the procedure Areas exposed in the first negative resist layer are imaged no further exposed in the second process section. By developing the second resist layer will eventually be through the second Resist material spilled Areas of the first resist layer exposed again. As a result a substrate with two photoresist layers arranged next to one another is produced in the form of mountains and valleys, hereinafter referred to as "relief structure". The relief structures in the first and second photoresist layers are the same Height trained and go seamlessly depending on the design of the exposed pattern into each other.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird in einem ersten Verfahrensabschnitt anstelle eines Negativ-Resist eine Positiv-Resistschicht auf das Substrat aufgebracht und die gewünschten Bildbereiche im gewünschten Design mit geeigneter Strahlung beaufschlagt. Um in den bisher unbelichteten Bereichen die Positiv-Resistschicht gänzlich zu entfernen, müssen in einem folgenden Schritt die belichteten Bereiche der ersten Positiv-Resistschicht mit einer Maske abgedeckt und die bisher unbelichteten Bereiche intensiv nachbelichtet werden. Bei der Entwicklung des Positiv-Resists werden die im ersten Schritt belichteten Muster in der Positiv-Resistschicht freigelegt sowie die im zweiten Schritt nachbelichteten Bereiche des Substrats völlig vom Positiv-Resist befreit. Dadurch entsteht neben der ersten Positiv-Resistschicht Platz für das Aufbringen weiterer Photoresistschichten. Die erste Positiv- Resistschicht und die nachfolgenden Photoresistschichten liegen dabei auf der gleichen Höhe.In another preferred method in a first process step instead of a negative resist a positive resist layer is applied to the substrate and the desired Image areas in the desired Design exposed to suitable radiation. To in the previously unexposed areas the positive resist layer entirely need to remove in a subsequent step the exposed areas of the first positive resist layer covered with a mask and the previously unexposed areas be intensively exposed. When developing the positive resist the patterns exposed in the first step are exposed in the positive resist layer and the areas of the substrate post-exposed in the second step completely freed from the positive resist. This creates next to the first positive resist layer space for the application of further layers of photoresist. The first positive resist layer and the subsequent photoresist layers are on the same Height.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen können selbstverständlich weitere Verfahrensschritte vorgesehen sein, in denen weitere Photoresistschichten aufgebracht und entsprechend belichtet werden. Auch können Negativ-Resistschichten und Positiv-Resistschichten beliebig kombiniert werden.In the described exemplary embodiments can Of course further process steps can be provided, in which further photoresist layers applied and exposed accordingly. Also negative resist layers and Positive resist layers can be combined as desired.
Vor dem jeweiligen Aufbringen einer neuen Photoresistschicht kann eine dünne Barriereschicht aufgebracht werden, die dafür sorgt, dass beim Lösen der neuen Photoresistschicht die darunter liegende Photoresistschicht nicht beschädigt wird. Die Barriereschicht ist vorzugsweise aus einem anorganischem Material, welches beim Entwicklungsprozess nicht angegriffen wird. Andererseits ist es gegebenenfalls erforderlich, die Barriereschicht, nachdem sie ihren Zweck erfüllt hat, wieder zu entfernen, wenn sie bei nachfolgenden Verfahrensschritten stört. Dieses Entfernen muss ohne Beschädigung der Resistschicht möglich sein. Metallschichten erfüllen z.B. diese Bedingung. Sie werden von Resistentwicklern nicht angegriffen, lassen sich jedoch mit Säuren, Laugen oder Ätzlösungen entfernen, die wiederum den Resist nicht angreifen.Before applying one new photoresist layer can be applied a thin barrier layer be the one for that ensures that when loosening the new photoresist layer the underlying photoresist layer not damaged becomes. The barrier layer is preferably made of an inorganic Material that is not attacked during the development process. On the other hand, it may be necessary to remove the barrier layer, after it serves its purpose has to remove it again when performing subsequent procedural steps disturbs. This removal must be done without damage the resist layer possible his. Metal layers e.g. this condition. They are not attacked by resist developers, can, however, with acids, bases or remove etching solutions, which in turn do not attack the resist.
Die Barriereschicht kann auch weitere Funktionen erfüllen. Wird für die Belichtung einer der Photoresistschichten beispielsweise ein Elektronenstrahl verwendet, so kann die Barriereschicht als leitfähige Schicht ausgebildet sein, um die Elektronen nach der Energieabgabe abzuleiten. Vorzugsweise wird hierbei eine Chromschicht verwendet. Bei optischer Belichtung benötigt man gegebenenfalls eine effektiv lichtabsorbierende Schicht hinter der Photoresistschicht. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Substrat bzw. die unter dem optischen Photoresist liegenden Schichten selbst nicht genügend Licht schlucken.The barrier layer can also be more Perform functions. Is for exposure of one of the photoresist layers, for example Electron beam used, the barrier layer can be used as a conductive layer be designed to derive the electrons after the energy release. A chrome layer is preferably used here. With optical Exposure needed if necessary, an effectively light-absorbing layer behind the photoresist layer. This is the case, for example, if the substrate or the layers themselves under the optical photoresist not enough Swallow light.
Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Beugungsstrukturen einsetzen, die als Sicherheitsmerkmale für Wertdokumente oder zur Produktsicherung verwendet werden. Denn das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, eine Beugungsstruktur mit wenigstens zwei unterschiedlichen Bildbereichen herzustellen, die mit unterschiedlichen Belichtungsverfahren erzeugt wurden. So kann die Beugungsstruktur beispielsweise zum Teil als echtes Hologramm ausgebildet sein, während andere Teilbereiche lediglich als Gitterbild ausgebildet sind, das beispielsweise mittels Elektronenstrahl-Lithographie hergestellt wurde.Can be particularly advantageous the inventive method use in the manufacture of diffraction structures that serve as security features for value documents or used for product assurance. Because the method according to the invention allows it, a diffraction structure with at least two different ones Produce image areas using different exposure methods were generated. For example, the diffraction structure can Part be designed as a real hologram, while other sub-areas only are designed as a grid image, which is produced, for example, by means of electron beam lithography has been.
Zum Belichten eines echten Hologramms ist beispielsweise ein He-Cd-Laser mit einer Wellenlänge von 442 nm und ein hoch empfindlicher Photoresist gut geeignet. Beim Belichten nach dem üblichen Holographieverfahren erhält man ein Reliefprofil mit flachen Flanken, das sehr gut in Prägestempel umgesetzt werden kann.For exposing a real hologram is, for example, a He-Cd laser with a wavelength of 442 nm and a highly sensitive photoresist are well suited. At the Expose using the usual holography process receives you get a relief profile with flat flanks that is very good in embossing stamp can be implemented.
Benutzt man jedoch denselben Positiv-Resist, um Beugungsstrukturen im Elektronenstrahl-Lithographieverfahren zu erzeugen, so erhält man rechteckige Reliefprofile, die zum Prägen nicht geeignet sind, da der Prägelack im Reliefprofil hängen bleibt. Dagegen bringt ein mit weicher Gradation arbeitender, gering empfindlicher Negativ-Resist bei entsprechend eingestelltem Elektronenstrahlfokus trapezförmige bis sinusförmige Reliefprofile, die in einem Prägevorgang sehr gut verwendet werden können.However, if you use the same positive resist, diffraction structures in the electron beam lithography process to generate so receives rectangular relief profiles, which are not suitable for embossing, because the embossing lacquer gets stuck in the relief profile. On the other hand, one who works with a soft gradation brings less sensitivity Negative resist with a correspondingly adjusted electron beam focus trapezoidal to sinusoidal Relief profiles in one stamping process can be used very well.
Aber auch reine Gitterbilder können mit unterschiedlichen Techniken hergestellt werden. Je nach herzustellendem Design kann es sinnvoll sein, für un terschiedliche Bildbereiche unterschiedliche Herstellungstechniken bzw. Strahlungstypen zu verwenden, um eine optimale Bildqualität und Brillanz des optisch variablen Effekts zu erzeugen. Auch können unterschiedliche Schichtdicken in unterschiedlichen Bereichen von Vorteil sein (bei Erste-Ordnung-Gitterbildern) oder notwendig (bei Nullte-Ordnung-Gitterbildern) sein. Hier kann das erfindungsgemäße Verfahren mit den oben beschriebenen Verfahrensschritten ebenfalls eingesetzt werden. Die einzelnen Photoresistschichten müssen lediglich in der gewünschten Schichtdicke auf das Substrat aufgebracht werden.But pure grid images can also be used different techniques. Depending on what is to be manufactured It may be useful for design different image areas different manufacturing techniques or radiation types to use to ensure optimal image quality and brilliance to produce optically variable effect. Different layer thicknesses can also be used be advantageous in different areas (with first-order grid images) or necessary (for zero order grid images). Here can the inventive method also used with the process steps described above become. The individual photoresist layers only have to be in the desired one Layer thickness can be applied to the substrate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch nur eine Photoresistschicht verwendet werden, die in wenigstens einem Teilbereich mit Lichtstrahlung, wie z.B. Laserstrahlung und in wenigstens einem weiteren Teilbereich mit Teilchenstrahlung, wie z.B. Elektronenstrahl, belichtet wird. Dies hat den Vorteil, dass Gitterbilder, die mit unterschiedlichen Aufzeichnungstechniken erzeugt werden, auf einem Substrat hergestellt werden können und dieses Substrat als Ganzes zu einem Prägewerkzeug weiterverarbeitet werden kann. Die Herstellung unterschiedlicher Prägewerkzeuge und die damit erläuterten Probleme entfallen somit.According to a further embodiment the invention can also be used only one photoresist layer, which in at least one partial area with light radiation, e.g. Laser radiation and in at least one further sub-area Particle radiation, e.g. Electron beam, is exposed. This has the advantage that grid images using different recording techniques generated, can be produced on a substrate and this substrate as a whole is further processed into an embossing tool can be. The production of different embossing tools and the explained with it Problems are therefore eliminated.
Die erfindungsgemäßen Bildbereiche können sich auch teilweise oder vollständig überlagern. Hierbei wird vorzugsweise eine Photoresistschicht verwendet, die zumindest partiell zuerst mit der einen Beugungsstruktur und anschließend im gleichen Bereich mit einer zweiten oder mehreren Beugungsstrukturen belichtet bzw. beschrieben wird.The image areas according to the invention can also partially or completely overlay. in this connection a photoresist layer is preferably used, which at least partially first with one diffraction structure and then in same area with a second or more diffraction structures is exposed or described.
Für die beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein neutrales Trägermaterial, wie eine Glasplatte, verwendet, auf die die einzelnen Photoresistschichten aufgebracht und dort belichtet und entwickelt werden. Das auf diese Weise hergestellte Substrat, der so genannte „Resistmaster", wird anschließend galvanisch abgeformt und nach bekannten Verfahren vervielfältigt, um ein Prägewerkzeug, wie beispielsweise einen Prägezylinder, herzustellen.For the described method according to the invention preferably a neutral carrier material, such as a glass plate, used, on which the individual layers of photoresist applied and be exposed and developed there. The manufactured in this way The substrate, the so-called “resist master”, is then galvanized molded and reproduced by known methods to create an embossing tool, such as an embossing cylinder.
Alternativ kann statt dem neutralen Trägermaterial auch eine bereits mit einem Gitterbild versehene Kunststoff- oder Metallfolie bzw. ein Galvanikshim verwendet werden. Das Gitterbild liegt dabei vorzugsweise in Form einer Reliefstruktur vor. Für die Herstellung dieses Zwischenproduktes wird ein neutrales Trägermaterial, wie z.B. eine Glasplatte, mit einer ersten Photoresistschicht beschichtet und mit dem entsprechenden Gitterbild oder Teilen desselben mittels Laser oder Elektronenstrahl belichtet. Dieser Resistmaster wird galvanisch abgeformt. Anschließend wird entweder das auf diese Weise erzeugte Galvanikshim oder eine Kunststoff- oder Metallfolie, die mithilfe eines ausgehend von diesem Galvanikshim hergestellten Prägewerkzeugs mit dem Gitterbild geprägt wurde, mit einer weiteren Photoresistschicht beschichtet. Auch diese Photoresistschicht wird mit einem Gitterbild oder Teilen eines Gesamtgitterbildes belichtet bzw. mittels Elektronenstrahl beschrieben. Je nach Art des verwendeten Photoresist kann es notwendig sein, nach der Entwicklung des Photoresist weitere Maßnahmen vorzunehmen, die sicherstellen, dass das erste Gitterbild in den gewünschten Bildbereichen freiliegt.Alternatively, instead of the neutral one support material also a plastic or already provided with a grid image Metal foil or an electroplating shim can be used. The grid picture is preferably in the form of a relief structure. For the production this intermediate product becomes a neutral carrier material, e.g. a Glass plate, coated with a first layer of photoresist and with the corresponding grid image or parts thereof Laser or electron beam exposed. This resist master will galvanically molded. Subsequently becomes either the electroplating shim produced in this way or one Plastic or metal foil using a galvanic shim based on this manufactured embossing tool embossed with the grid image was coated with another layer of photoresist. This too Photoresist layer is with a grid image or parts of an overall grid image exposed or described by means of an electron beam. Depending on the type of the photoresist used may be necessary after development of the photoresist further measures to make sure that the first grid image in the desired Image areas are exposed.
Wird beispielsweise ein Positivresist verwendet, so verbleibt diese Resistschicht vollflächig auf dem Trägermaterial, während die Strukturierung nur im belichteten Bereich vorliegt. Die nicht belichteten Bereiche müssen daher wieder entfernt werden. Hierfür kann man beispielsweise die belichteten Bereiche über Masken oder mithilfe eines so genannten Waschverfahrens mit einer Metallisierung versehen. Beim Waschverfahren werden alle nicht belichteten Bereiche mit einer vorzugsweise wasserlöslichen Druckfarbe bedruckt und das Trägermaterial anschließend vollflächig metallisiert. Beim Lösen der Druckfarbe wird die darüber liegende Metallisierung ebenfalls entfernt, lediglich in den belichteten Bereichen bleibt die Metallisierung zurück. Diese schützt die belichteten Bereiche auch beim folgenden Löseprozess der Photoresistschicht, die nur in den nicht belichteten Bereichen, beispielsweise mittels Aceton, entfernt wird. In einem letzten Schritt kann schließlich auch die Metallisierung entfernt werden. Dieses Substrat bildet ebenfalls einen Resistmaster, der, wie bereits beschrieben, weiterverarbeitet wird.For example, become a positive resist used, this resist layer remains on the entire surface Support material while the structuring is only in the exposed area. They don't exposed areas therefore be removed again. For example, you can use the exposed areas over Masks or using a so-called washing process with a Provide metallization. In the washing process, all unexposed areas with a preferably water-soluble ink printed and the backing material subsequently entire area metallized. When loosening the ink becomes the one above lying metallization also removed, only in the exposed Metallization remains in areas. This protects the exposed areas also during the subsequent dissolving process of the photoresist layer, which only in the unexposed areas, for example by means of Acetone is removed. In a last step you can finally the metallization are removed. This substrate also forms a resist master, which, as already described, processes further becomes.
Eine weitere Alternative sieht vor, auf das bereits strukturierte Trägermaterial, d.h. die geprägte Folie bzw. das Shim, eine prägbare Lackschicht, z.B. eine UV-Lackschicht, oder thermoplastische Schicht aufzubringen, in welche mit einem zweiten Prägewerkzeug das gewünschte Gitterbild eingeprägt wird. Auch dieses Substrat bildet einen Resistmaster, der, wie beschrieben, zu einem Prägewerkzeug weiterverarbeitet wird. Dieser Vorgang kann selbstverständlich beliebig oft wiederholt werden. Die zuletzt beschriebenen Vorgehensweisen haben neben der optimalen Anpassbarkeit der Photoresistschichten an die Art des Gitterbildes bzw. des Aufzeichnungsverfahrens den großen Vorteil, dass ein bereits existierendes Gitterbild ergänzt und/ oder durch zusätzliche Informationen individualisiert werden kann.Another alternative is on the already structured carrier material, i.e. the embossed film or the shim, an embossable Lacquer layer, e.g. apply a UV varnish layer or thermoplastic layer, in which with a second stamping tool the wished Embossed grid picture becomes. This substrate also forms a resist master which, as described, to an embossing tool is processed further. Of course, this process can be arbitrary be repeated often. The procedures described last have besides the optimal adaptability of the photoresist layers the great advantage of the type of grid image or the recording method, that an existing grid image is supplemented and / or by additional ones Information can be customized.
Die beiden zuletzt beschriebenen Vorgehensweisen bieten sich z.B. an, wenn für eine Banknotenserie ein optisch variables Sicherheitselement hergestellt werden soll, das im Hintergrund ein für alle Denominationen identisches Gitterbild, wie z.B. ein Landessymbol, zeigt, und im Vordergrund ein für die jeweilige Denomination individuelles Symbol, wie die Denomination selbst.The last two described Procedures are available e.g. if, for a banknote series, an optical variable security element to be produced, which is in the background one for all Denominations identical grid image, such as a country symbol, shows, and in the foreground one for the respective denomination individual symbol, such as the denomination self.
Mittels der erfindungsgemäß hergestellten Prägewerkzeuge lassen sich Sicherheitselemente herstellen, die zur Absicherung von Wertdokumenten, wie beispielsweise Banknoten, Schecks, Ausweiskarten oder dergleichen, verwendet werden. Auch im Bereich der Produktsicherung werden geprägte Beugungsstrukturelemente häufig eingesetzt.By means of the embossing tools produced according to the invention, security elements can be produced which are used to secure documents of value, such as banknotes, checks, etc. white cards or the like can be used. Embossed diffraction structure elements are also frequently used in the area of product assurance.
Mithilfe der erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten können erstmals Nullte-Ordung-Gitterbilder und Erste-Ordnung-Gitterbilder bzw. mit Teilchenstrahlung und durch optische Belichtung erzeugte Gitterbilder beliebig in einem Resistmaster kombiniert werden.With the aid of the method variants according to the invention can zero-order grids and first-order grids for the first time or with particle radiation and lattice images generated by optical exposure can be combined as required in a resist master.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below by way of example the attached Drawings explained. Show it:
In den
Die Dicke der entstehenden Photoresistschicht
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
am Beispiel der Herstellung von holographisch erzeugten Beugungsstrukturen
erläutert.
Hierfür
wird in dem in
Diese Negativ-Resistschicht
Beim Entwickeln werden die unbelichteten Partien
der Negativ-Resistschicht
Gemäß
Das Substrat
Wenn weitere separate Bildbereiche
neben den in den
Das Verfahren kann nicht nur mit
Negativ-Resistschichten, sondern auch mit Positiv-Resistschichten
durchgeführt
werden. Die
In einem ersten Verfahrensschritt
wird, wie in
Die belichteten Partien der Positiv-Resistschicht
Nach dem Entwickeln des Substrats
In einem weiteren, in
Abschließend wird das Substrat
Mit den hier anhand der
Es sei angemerkt, dass die Positiv-
und Negativ-Resistschichten auch miteinander kombiniert werden können. Beispielsweise
können
sich an die Verfah rensschritte gemäß
Bei bestimmten Ausführungsformen kann es sinnvoll sein, vor dem Aufbringen einer neuen Photoresistschicht jeweils eine dünne Barriere- oder Hilfsschicht, z.B. aus Metall, einem Oxid oder dergleichen, aufzubringen, die dafür sorgt, dass beim Lösen der neuen Photoresistschicht die darunter liegende Photoresistschicht nicht beschädigt wird. Vorzugsweise ist die Barriereschicht aus anorganischem Material, welches im Entwicklungsvorgang nicht angegriffen wird.In certain embodiments it may make sense to apply a new layer of photoresist one thin each Barrier or auxiliary layer, e.g. made of metal, an oxide or the like, to bring up that for that ensures that when loosening the new photoresist layer the underlying photoresist layer not damaged becomes. The barrier layer is preferably made of inorganic material, which is not attacked in the development process.
Die Hilfsschicht kann auch weitere Funktionen erfüllen. Wird für die Belichtung einer der Photoresistschichten ein Elektronenstrahl verwendet, wird sie vorzugsweise als leitfähige Schicht ausgebildet, um die Elektronen nach der Energieabgabe abzuleiten. In diesem Fall ist die Barriereschicht vorzugsweise eine Chromschicht. Bei einer Interferenzbelichtung dagegen kann sie als stark absorbierende dünne Schicht ausgebildet sein.The auxiliary layer can also be more Perform functions. Is for exposing one of the photoresist layers to an electron beam used, it is preferably formed as a conductive layer to to derive the electrons after the release of energy. In this case the barrier layer is preferably a chrome layer. At a Interference exposure, however, can be a highly absorbent thin layer be trained.
Die Erfindung ist auch nicht auf Verfahren beschränkt, bei welchen die Belichtung mittels Lichtstrahlung und Teilchenstrahlung kombiniert werden. Es können z.B. auch unterschiedliche Wellenlängen für die Belichtungen eingesetzt werden.The invention is also not based on Limited process, in which the exposure by means of light radiation and particle radiation be combined. It can e.g. different wavelengths are also used for the exposures become.
Ebenso können beliebige Arten von Gitterbildern, wie Erste-Ordnung- und Nullte-Ordnung-Gitterbilder miteinander kombiniert werden.Any types of grid images, how first-order and zero-order grid images are combined become.
Die
Der Negativ-Resist
Dieses Verfahren kann selbstverständlich auch unter Verwendung von Positiv-Resistschichten oder einer Mischung aus Positiv- und Negativ-Resistschichten durchgeführt werden, wie bereits anhand der vorigen Fig. erläu tert wurde. Ebenso ist es möglich, in einem der Bildbereiche ein beliebiges Erste-Ordnung-Gitterbild anzuordnen.Of course, this procedure can also using positive resist layers or a mixture made from positive and negative resist layers, as already explained with reference to the previous Fig. It is the same possible, any first-order grid image in one of the image areas to arrange.
Das holographisch, d.h. durch Überlagerung kohärenter Lichtstrahlung
erzeugte Buchstabenfeld
Im Folgenden werden verschiedene
Verfahrensvarianten beschrieben, mitwelchen ein derartiger erfindungsgemäßer Resistmaster
Gemäß einem ersten Verfahren wird
für die Herstellung
des holographischen Hintergrunds eine Vorlage
Eine erste Ausführungsform, bei welcher zwei
Photoresistschichten verwendet werden, wird anhand der
Gemäß
Nach dem Entwickeln des Substrats
2 im Entwickler AR 300-35 ergibt sich das in
Auf eine Glasplatte
Darüber wird eine 400 nm dicke
Schicht Positiv-Resist
Die Reihenfolge der nun erforderlichen
Belichtungsschritte ist beliebig. Im gezeigten Beispiel wird mit
der optischen Belichtung begonnen. Der hierfür vorgesehene Bereich
Der darunter liegende Photoresistbereich
Der Elektronenstrahl durchdringt
die obere Photoresistschicht
Bei der Entwicklung entstehen nun
aus den latenten Bildern Berg- und Talprofile (
Das in
Wird für die Verfahrensschritte gemäß
Die
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung des
Resistmasters
In
Bei der in
Selbstverständlich können für das erfindungsgemäße Verfahren
auch beliebige andere Schichtaufbauten verwendet werden. So kann
es unter Umständen
sinnvoll sein, die reflexionsverhindernde Absorptionsschicht auf
die Unterseite des Substrats
Ferner können in allen gezeigten Verfahren Substrate verwendet werden, die bereits mit einer Beugungsstruktur versehen sind, wie z.B. Galvanikshims, geprägte Kunststoff- oder Metallfolien. Unter Umständen reicht es jedoch aus, diese speziellen Substrate lediglich mit einer weiteren Photoresistschicht zu versehen und diese nach den dargestellten Verfahren zu belichten.Furthermore, substrates can be used in all of the methods shown are used that already have a diffraction structure are, e.g. Electroplated shims, embossed plastic or metal foils. In certain circumstances however, it is sufficient to use these special substrates with just one to provide further photoresist layer and this according to the illustrated Expose procedure.
Alle beschriebenen Verfahrensvarianten können beliebig
miteinander kombiniert werden. Die im Zusammenhang mit dem Resistmaster
gemäß
Die Reliefstrukturen bzw. belichteten Substrate lassen sich als Resistmaster in der üblichen Weise wie bei der optischen Holographie bearbeiten. Im Folgenden wird daher eine dünne Silberschicht durch Aufdampfen oder chemischen Niederschlag aufgetragen und im Galvanikbad eine Nickelabformung gemacht. Die Nickelabformung kann vervielfacht und als Prägeswerkzeug zum Prägen einer Prägeschicht verwendet werden. Die Prägeschicht wird schließlich auf das endgültige Substrat, z.B. eine Banknote, Kreditkarte oder ein Verpackungsmaterial, mit oder ohne eine metallisch glänzende Reflexionsschicht transferiert.The relief structures or exposed substrates can be processed as resist masters in the usual way as in optical holography. In the following, a thin silver layer is therefore applied by vapor deposition or chemical precipitation wear and made a nickel impression in the electroplating bath. The nickel impression can be multiplied and used as an embossing tool for embossing an embossing layer. The embossing layer is finally transferred to the final substrate, for example a bank note, credit card or packaging material, with or without a metallic, shiny reflective layer.
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